膜下烤煙移栽機設計研究

李樹利 李新 田留栓 殷剛 高大偉 李海濤 吳宗華 魏新華

摘要 為提升烤煙移栽質量，推進烤煙生產全程機械化水平，實現煙農減工、降本、增效。通過查詢學習國內外先進經驗，提出了膜下烤煙移栽機設計的核心要求，設計其整體結構，對主要部件的結構原理進行了說明。同時對其基本性能、移栽經濟效益指標進行了分析。結果表明，烤煙膜下移栽機配套使用覆膜機能夠在移栽環節達到降低用工成本、降低勞動強度、提高移栽質量的目的。

關鍵詞 烤煙；移栽機；膜下；專利

中圖分類號 S223.9文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）31-0194-03

can reduce the workload， cut down the cost and increase the efficiency. By inquiry and study of advanced experience at home and abroad， we put forward the core requirements of design of downfilm tobacco transplanter， and design its whole structure， and illustrate the structure principles of main components. Meanwhile， the basic performance and economic benefit index of transplanting was analyzed. The results showed that the downfilm tobacco transplanter， that matches the mulching machine in the period of transplanting， can cut down the labor cost， reduce the labor intensity and improve the transplanting quality.

Key words Tobacco；Transplanter；Downfilm；Patent

烤煙生產煙農的積極性受國家資源調控與政策取向、地域社會經濟發展水平、從業人員管理水平、自然氣候差異、煙糧比較成本和效益等多種因素的影響，隨著社會經濟發展水平的提高，外出務工人員增多，脫離烤煙產業的煙農逐年增多，以此為生、精于此道的職業化煙農數量在萎縮。

作為勞動強度大、用工多的勞動密集型烤煙產業來說，雇工難、雇好工更難的問題進一步凸顯。移栽生產環節中不但勞動強度大、用工多、費用大，而且移栽專業隊雇傭人員為了追求速度，常常出現移栽深淺不一、埯內澆水不足、封膜不嚴等現象，移栽質量難以保證。

因此，在移栽環節探討如何利用、開發、研制機械，實現機械化移栽，推進實現烤煙生產全程機械化，緩解由于勞動力資源緊張帶來的雇工費用增長而導致的成本增加，才能真正降低成本，進一步調動煙農生產積極性。

1 烤煙機械化移栽研究現狀

近些年來，為了實現烤煙移栽機械化，國內外在移栽環節進行了機械化嘗試。通過國際、國內移栽機的研發成果[1-8]來看，不同國家和地域的公司及科研單位都在不斷地追求解決煙草機械移栽問題，主要呈現出以下幾個特點：一是在實現機械化的基礎上力爭在某些程序上實現半自動化或自動化。二是力爭包含所有移栽程序（覆膜、打孔、栽苗、澆水、封土，或是刨坑、施口肥、栽苗、澆水、封土、覆膜），但都不夠完善。三是移栽機類型多樣。根據在移栽方式上是否覆膜、覆膜的先后順序、是否埯內澆水等可以大體定性分為膜上移栽機、壟上移栽機和開穴壟上移栽機；根據育苗方式是否帶土移栽分為裸苗移栽機和缽苗移栽機；按移栽器結構類型分為鉗夾式、撓性圓盤式、吊籃式、導苗管式等。四是由于各地區氣候條件、地理條件、育苗方式、移栽程序、采用機械原理、自動化程序設計等方面的差異，移栽機性能差異較大。由于地域和移栽程序的限制，對移栽機的性能要求更高。

2 膜下烤煙移栽機設計的核心要求

東北、內蒙古及臨近省份烤煙移栽季節寒冷、干旱，多以覆膜、帶水移栽、適量使用口肥以確保煙苗移栽成活率。移栽方式上多采用刨埯、施口肥、栽苗、澆水、封土、覆膜的程序。因此要實現移栽機的本地化就必須緊緊圍繞以上程序進行研究。主要程序具體內容要求：一是坑深、埯大、底平；二是口肥攪拌均勻；三是下苗豎直位正；四是水量充足且不沖苗；五是覆膜嚴實。

3 膜下烤煙移栽機結構設計及原理

3.1 膜下烤煙移栽機的整體結構原理說明

圖1為膜下烤煙移栽機的整體結構圖。牽引動力拖拉機：304動力以上拖拉機。雙曲軸傳動裝置：雙曲軸傳動裝置位于兩中心點連線的直線位置上，2個中心點即為前地輪連線的中心點，2個后地輪連線的中心點。雙曲軸傳動裝置與傳動鏈條相連獲得動力。雙曲軸傳動裝置與刨埯及口肥減半器、鴨嘴栽植器、自動放水閥相連，通過曲軸的旋轉，將動力傳遞給3個部件，帶動3個部件同時運動，同時動力傳遞給刨埯及口肥減半器帶動旋轉刨埯，確保坑、栽植、水在同一位置。同時調整齒輪大小可實現移栽距離的調整。肥料投放箱：移栽時主要為煙苗投放口肥。前地方輪：與雙曲軸傳動裝置相連，支持實現雙曲軸上下運動功能。苗架：放置煙苗，投放煙苗時取苗方便。刨埯及口肥攪拌器：與雙曲軸傳動裝置相連，實現刨坑及口肥攪拌均勻功能，確保坑大，底平。煙苗投放裝置：與鴨嘴栽植器相連相通，通過鴨嘴栽植器上下運動實現煙苗投入坑內。鴨嘴栽植器：與雙曲軸傳動裝置相連，與刨埯及口肥攪拌器同步運動，定點將煙苗投入坑內，確保煙苗栽植后放正、放直。自動控制放水閥：通過電器感應元件有效地實現了定點定量施水。水流分散裝置：確保煙苗不被放水閥強大的水流沖倒、沖壞，由于水流先分散到坑內四周，然后從四周回流到煙苗根部，同時土也隨著水流從坑內四周向根部聚集，對煙苗根部土有夯實作用，有利于煙苗栽正。工作臺：能實現2個工作人員同時操作，確保煙苗投放質量。后地輪：能夠根據壟高上下調節高度，確保刨坑時高度適宜。傳動鏈條：傳動鏈條一端連接前地輪獲得動力，一端連接雙曲軸傳動裝置，向其提供動力。

3.2 主要部件的結構設計與原理

主要圍繞移栽刨埯、栽苗、澆水來進行研發設計，最終達到膜下移栽的標準。

3.2.1 刨埯及口肥攪拌器的結構設計與原理。

設計的刨埯及口肥攪拌器見圖2。一是埯大，為煙苗生長和澆移栽水提供了足夠的空間。二是底平，為鴨嘴器投苗返回時提供了足夠的回填土，確保了投苗后苗穩、苗正。

旋轉軸：與雙曲軸轉動裝置相連，帶動刨埯及口肥攪拌

器旋轉。固定螺絲：將刨埯及口肥攪拌器固定在旋轉軸上。

豎直分土葉片：由4個分土葉片組成，每個分土葉片長度和寬度分別為0.06 m和0.06 m，2個分土葉片夾角90°。將埯內土分出埯外，同時將四周刮平。螺旋旋土葉片：螺旋旋土葉片數量為3片，2個螺旋葉片平行夾角為20°。單片螺旋葉片為五邊形，五邊形曲面從里到外，從上到下，各邊長度分別為0.15 m×0.10 m×0.12 m×0.08 m×0.04 m，曲面弧度為90°。0.15 m長度的一邊與中心軸焊接，0.10 m長度一邊與地面平行。螺旋旋土葉片功能為將土從埯內旋出，同時將底部基本刮平。鉆頭。

3.2.2 水流分散裝置結構設計與原理。

自動放水閥為電子自控裝置，水量可調（圖3）。以往水閥的末端放水時水柱直下，直接與煙苗接觸，煙苗被沖倒，或是被強大的水流沖壞，甚至導致煙苗的損壞。為使水柱不直接沖擊煙苗，在水閥的下端增加了水流分散裝置。一方面，裝置中間與水柱接觸部分為實體，水可以沿實體四周流下，放水時實體位于煙苗正上方，防止煙苗受到水流的沖擊；另一方面，實體四周流下的水沖擊埯四周的土壤，土壤隨水流向埯中央，對煙苗有夯實的作用（圖4）。

4 膜下移栽機使用效果分析

4.1 移栽機的基本性能分析

由表1移栽機和人工移栽的對比分析可以看出，一是移栽機刨埯尺寸要稍小于人工移栽機械。主要有2個原因：其一是移栽機刨出的埯要求底平，方便投苗壓實；其二是埯的尺寸過大由于旋轉速度較快容易造成口肥從坑內跑出。二是口肥一次性帶入，攪拌均勻，既省工又防止燒苗。三是煙苗距頂膜距離較人工移栽要小，但空間足夠。四是埯內澆水量要比人工移栽少，主要原因為機械在行走過程中有一部分水散落到壟上。五是人工移栽每天15人移栽1.334 hm 移栽機每天10人移栽1.000 5 hm 機械移栽與人工移栽相比基本相當。六是機械移栽，深度、口肥、水量基本一致，既利于煙苗生長一致，也有利于煙田管理（圖5）。

4.2 配套使用覆膜機的基本性能分析

由表2可見，覆膜機與移栽機配套使用，移栽的同時覆膜能夠降低埯內水分散失，提高水分利用率。覆膜機使用時只需配備1臺拖拉機和2個工作人員，與移栽機同時使用時效率為1 hm2/d，單獨使用時每天能覆膜2.668 hm2。人工覆膜效率低，往往為了降低成本，常常出現壓花膜現象，導致移栽質量的降低。

4.3 移栽效益分析

移栽機栽煙需要5戶，每戶2人互助栽煙即可，需要牽引動力至少4臺（2個車拉水、1臺移栽機牽引、1臺覆膜機牽引），費用產生在動力用油及維修，省去刨埯和下口肥的人工費用，相比人工移栽來說，費用較低。

two modes

烘烤模式Baking mode果形Fruit shape外殼顏色Shell color內仁的顏色The color of inner kernel氣味Smell

傳統烘烤Traditional baking大小形狀基本一致殼較黑（薪柴）白亮 （煤）黃白亮白有煙熏味

無煙烘烤Smokefree baking大小形狀基本一致白色黃白無明顯氣味

2.2 2種模式烘烤后核桃果化學成分殘留對比

由表2可知，在核桃殼的檢測中，2種樣品二氧化硫殘留量均小于0.001 g/kg。在核桃仁的檢測中，2種樣品均未檢測出殘留的二氧化硫，而鉛和鎘的含量均小于0.05 mg/kg，總汞的含量2種樣品均小于0.01 mg/kg，酸價一號樣品無煙果所測的含量為0.3 mg/g，比二號樣品煙熏果高了0.1 mg/g，而過氧化值一號無煙果所測的含量為0.5 mg/kg，卻比二號樣品煙熏果低了0.1 mg/kg，亞硫酸鹽的含量均小于1 mg/kg。

表2 2種烘烤模式烤后核桃果化學成分殘留含量

Table 2 Residue contents of chemical components in walnut after two baking modes

樣品編號Sample number樣品名Sample name二氧化硫殘留量（以SO2計）Sulfur dioxide residue （Calculation by SO2）∥g/kg鉛（以Pb計）Lead（Calculation by Pb）mg/kg鎘（以Cd計）Cadmium（Calculation by Cd）mg/kg總汞（以Hg計）Total mercury（Calculation by Hg）mg/kg酸價（以脂肪計）Acid value（Calculation by fat）（KOH）mg/g過氧化值（以脂肪計）Peroxide value（Calculation by fat）∥g/kg亞硫酸鹽（以SO2計）Sulfite（Calculation by SO2）∥mg/kg

一號樣品（無煙果）核桃殼（540 g）<0.001

Sample No.1 （smokeless）核桃仁（430 g）無<0.05<0.05<0.010.30.5<1

二號樣品（煤熏果）核桃殼（470 g）<0.001

Sample No. 2 （coal smoked fruit）核桃仁（420 g）無<0.05<0.05<0.010.20.6<1

注：該檢測數據由漾濞縣核桃研究院檢測提供

Note：The test data are provided by the Walnut Research Institute of Yangbi County

2.3 2種烤房燃料及人工成本對比

由表3可知，傳統的烘烤模式以煤（蜂窩煤）和薪柴為主，烘烤1 t核桃需要煤炭0.5 t，需要薪柴1 t，烘烤時間一般為36～48 h，用電量僅為夜間翻倉照明所需的5 kW·h，人工需要2～3人日夜輪守。無煙烘烤模式以薪柴為主，烘烤1 t核桃需要薪柴為51 kg，烘烤的時間一般為24～40 h，用電量為30 kW·h，人工只需要1人。相比傳統的烘烤模式，無煙烘烤模式采用新型的熱風爐，以生物質燃料為主，增加了電量的使用，在人工使用上明顯地減少了勞動力的投入，機械化水平明顯提高，燃料的使用量相比傳統烘烤模式大大降低，不僅節約了能源，而且提高了燃燒效率，減少了有害氣體的排放。

表3 2種烘烤模式烘烤成本

Table 3 Baking cost of two baking modes

烘烤模式Baking mode燃料種類Type of fuel耗電量Power consumption（kW·h）/t能源消耗量Energy consumptionkg/t人工量Artificial quantity人成本合計Total cost元/t

傳統烘烤Traditional baking蜂窩煤薪柴5 2601 0002～3300～500

無煙烘烤Smokefree baking玉米芯薪柴30 5001120

3 討論

3.1 烘烤技術規范化

我國是世界核桃生產大國，核桃資源豐富，種植范圍廣，大多數省份均有栽培核桃的歷史，并且培養出許多優良的品種和類型，但并不是核桃生產強國[7]。其中在核桃的烘烤方面遠遠落后于發達國家，美國在核桃的加工方面有非常規范的標準，保證核桃的品質。而在我國農村中存在的烘烤方式沒有統一的標準，就云南而言有適用于核桃烘烤的大、中、小各式烤爐（房）多達3萬余座，其中大多數技術落后、熱效率低、操作極為費工費力，是高耗能、高污染、高排放“三高”問題明顯的舊式傳統烤爐[8]。要想提升核桃的品質，增強市場競爭力，必須盡快規范烤爐、烘烤技術等相關標準，通過試驗確定最佳參數，最終通過有關部門推廣到基層，發揮其效應。

3.2 能源耗用狀況

漾濞縣是傳統的核桃種植大縣，核桃種植有著悠久的歷史，截至2016年底，全縣種植面積達7.13萬hm 年產量近4.6萬t，產值近9.46億元[9]。其中核桃烘烤是核桃產業發展的重要環節之一，烘烤用能幾乎占生產用能的一半以上，其中以煤做為主要生產用能。以上邑村為例，核桃種植戶有393戶，其中只有24戶使用生物質能源，94%的種植戶都在使用傳統化石能源作為生產用能，不僅對能源造成了浪費，而且對環境也造成了污染。針對此問題有關部門應鼓勵農戶使用無煙烘烤的方式，避免使用化石能源，并給予相應的政策補貼。

3.3 提升有機核桃品牌

隨著市場經濟的發展和群眾消費水平的提高，市場對核桃產品的質量和安全性要求越來越高，越來越規范。有機核桃在生產和加工過程中必須嚴格遵循有機食品生產、采集、加工、包裝、貯藏、運輸標準。生產和加工過程中必須建立嚴格的質量管理體系[10]。傳統的“煙熏法”在烘烤的過程中煙氣與核桃果直接接觸對有機產品的認證上有一定的影響，而且大量的有害氣體直接排放到空氣中，不符合有機食品加工所具備的條件，所以“煙熏果”會逐漸的被市場淘汰。而無煙烘烤的核桃果在加工的過程符合有機食品加工的認證，所加工的“無煙果”屬于有機綠色食品，不僅提升了核桃果的品質，而且增加了果農的收入，增強了市場的競爭力。

4 結論

通過無煙烘烤、傳統烘烤的對比分析，可以看出烘烤是核桃產業發展的重要環節，無煙烘烤具有節能環保、機械化程度高、成本較低、品質較優等優點。要想核桃產業在國際市場上占有一席之地，應加大無煙烘烤的力度，規范核桃烘烤的技術標準，鼓勵應用新型的生物質能源，加快制定有機核桃生產及加工標準，推進有機核桃生產進度。這也是漾濞核桃產業發展的必經之路。

參考文獻

[1] 崔艷慧，楊映禮，尹芳，等.漾濞縣核桃烘烤技術應用現狀及對比分析[J].現代農業科技，2016（7）：287-288，292.

[2] 崔艷慧.云南省漾濞縣核桃專業化烘烤組織模式構建的探究[D].昆明：云南師范大學，2017.

[3] 陳紅麗，張兆揚，程相紅，等.熱泵烤房與燃煤烤房應用效果對比研究[J].河南農業科學，2015，44（12）：135-139.

[4] 楊源，李志剛，解松林.小型潔凈熱風爐烘烤泡核桃的研究[J].農產品加工，2004（12）：42-43.

[5] 曾國揆.云南核桃干燥現狀與對策研究[J].農業工程技術，2016，36（35）：69.

[6] 代家澤.核桃烘烤房的建蓋和烘烤技術[J].云南林業，2013，34（5）：62.

[7] 潘月紅，周愛蓮.我國核桃產業發展現狀、前景及對策分析[J].中國食物與營養，201 18（5）：22-25.

[8] 唐筱玲.漾濞縣核桃產業發展問題探析[J].中共云南省委黨校學報，2013，14（3）：105-107.

[9] 孫潔瓊，楊映禮，尹芳，等.漾濞縣加快核桃產業轉型升級推進精準扶貧現狀及建議[J].現代農業科技，2017（24）：265-266.

[10] 劉學海，梁鋒，姜惠，等.關于費縣發展有機核桃產業的建議[J].北方果樹，2008（4）：52-53.

46卷31期 孫潔瓊等 核桃無煙烘烤與傳統烘烤對漾濞核桃產業影響分析研究

5 成果及展望

該項研究設計的膜下烤煙移栽機已于2016年08月17日獲得了國家發明專利，專利號：ZL 2015 1 0260989.4。

移栽機旋埯部位由于長時間、高強度作業，需要特殊材料和工藝，確保能夠長時間正常使用；由于移栽機重量較大，需要304以上拖拉機進行牽引，覆膜機需要14.71 kW拖拉機進行牽引，所以煙農的投入會較大；由于受移栽時間的限制，互助人栽植面積不宜過大，否則雇車、雇人移栽成本可能上升；地塊需要作業道及空間。

參考文獻

[1] 李民朝，燕亞民.2YZS自走式煙草移栽機的設計[J].農機化研究，2012（7）：154-156，160.

[2] 秦宏，于勇，薛艷敏.2ZY-1型煙草移栽機的研究與設計[J].中國高新技術企業，2011（12）：15-16.

[3] 戰麗，劉斌.我國煙草移栽機械的發展現狀及趨勢分析[J].農機使用與維修，2010（3）：19-21.

[4] 肖衛兵，孫松林.我國煙草移栽機械現狀及發展趨勢[J].湖南農機，2009，36（1）：4-6.

[5] 黃偉華.煙草移栽機國內外同類研究現狀與發展趨勢[J].中國科技信息，2011（18）：90-91.

[6] 南偉.富來威2ZQ型油菜移栽機[J].農家顧問年，2009（9）：55.

[7] 朱寧，鄭偉新，張時英，等.2ZQ-2油菜（蔬菜）移栽機的研制[J].農業開發與裝備，2008（8）：20-21.

[8] 梁高震，黃勇，胡斌，等.移栽機自動送盤機構性能的試驗研究[J].農機化研究，2018（10）：145-148，53.